Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm đưa ra những phương án xử lý cọc và đài móng có cọc bị sự cố nhằm làm triệt tiêu lực ngang tác dụng lên cọc vì lúc này cọc nghiêng có chịu tải ngang để làm sao cho móng chịu tải đúng thiết kế ban đầu, hoặc đề xuất các giải pháp xử lý khác. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH
LÝ NGUYỄN HOÀNG HUY
ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN VÀ XỬ LÝ CỌC DỰ ỨNG LỰC BỊ NGHIÊNG, NỨT GÃY TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG Ở VÙNG ĐẤT YẾU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG
TP.HỒ CHÍ MINH NĂM 2020
TÓM TẮT
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HCM
LÝ NGUYỄN HOÀNG HUY
ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN VÀ XỬ LÝ CỌC DỰ ỨNG LỰC BỊ NGHIÊNG, NỨT GÃY TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG Ở VÙNG ĐẤT YẾU
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 8580201
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS.KS ĐINH HOÀNG NAM TÓM TẮT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2020
Trang 3MỤC LỤC Trang Mục lục b Lời cam đoan d
Tóm tắt luận văn e
Chương 1: Tổng quan về cọc dự ứng lực 3
1.2 Phương pháp tính toán cọc trong công trình 3
1.3 Lý thuyết tính toán thiết kế cọc xiên 4
1.5.2 Tính toán moment kháng uốn và khả năng chịu lực
theo vật liệu của cọc bù dự kiến thay thế 6
Chương 2: Đánh giá nguyên nhân gây ra cọc nghiêng và
2.1 Đánh giá nguyên nhân gây ra cọc nghiêng 7
2.3.Vị trí nứt gãy thường gặp trên cọc 7
2.4 Mô phỏng ảnh hưởng của robot và đào đất thi công móng đến
cọc trong thi công 9
Trang 42.4.1 Mô phỏng ảnh hưởng của Robot đến cọc 9
2.4.2 Mô phỏng ảnh hưởng của chiều sâu hố đào đất khi thi công đến cọc 11
2.5 Cách xác định độ nghiêng và dụng cụ kiểm tra chất lượng cọc 12
2.5.1 Cách xác định độ nghiêng cọc 12
2.5.2 Kiểm tra chất lượng cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ ( thí nghiệm PIT) 12
2.5.2.1 Mục đích và phương pháp của việc thí nghiệm PIT 12
2.5.2.2 Kết quả thí nghiệm PIT cọc điển hình 12
2.5.3 Kiểm tra khuyết tật của cọc bằng phương pháp soi camera 13 2.5.4 Kiểm tra thí nghiệm sức chịu tải của cọc ( điển hình ) sau khi xử lý bằng phương pháp biến dạng lớn ( PDA) 13
2.5.4.1.Ưu điểm của phương pháp thí nghiệm biến dạng lớn (PDA) 13 2.5.4.2 Quy trình thí ngiệm PDA cọc sau được xử lý 13
2.5.4.3 Kết quả thí nghiệm PDA của cọc điển hình 14
2.6 Các biện pháp xử lý cọc khi bị sự cố nghiêng, nứt gãy 14
2.7 Kết luận 14
Chương 3: Xử lý và tính toán thiết kế cho một công trình cụ thể khi cọc bị nghiêng và bị gãy trong quá trình thi công 15 3.1 Căn cứ thiết kế xử lý 15
3.2 Các giải pháp gia cố cọc 16
3.3 Thiết kế xử lý đài móng 17
3.4 Kết luận 17
Chương 4: Kết luận – Kiến nghị- Hạn chế 18
4.1 Kết luận 19
4.2 Kiến nghị 19
4.3 Hạn chế của đề tài 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Đinh Hoàng Nam Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Lý Nguyễn Hoàng Huy
Trang 6
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Vấn đề xử lý cọc ống bê tông cốt thép dự ứng lực bị nghiêng, nứt gãy trong quá trình thi công xảy ra thường xuyên hầu hết ở các công trình sử dụng cọc ống hiện nay Vì khi cọc nghiêng phát sinh lực xô ngang tác dụng lên cọc và sức chịu tải của cọc giảm khác với thiết kế tính toán ban đầu Thực tế có nhiều pháp để
xử lý nhưng các giải pháp xử lý hiện tại thường tốn nhiều thời gian
và kinh phí để thực hiện Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đánh giá tất cả các nguyên nhân gây ra nghiêng, nứt gãy cọc Đưa ra giải pháp thiết kế, tính toán gia cố xử lý các cọc bị sự cố và đài móng nhằm sử dụng lại các nghiêng, nứt gãy với mục đích là rút ngắn được thời gian và tiết kiệm kinh phí trong quá trình xử lý mà vẫn đảm bảo cọc đủ khả năng chịu lực và đảm bảo chất lượng công trình Bên cạnh đó tính toán và đưa ra các phương pháp nhằm hạn chế và phòng ngừa vấn đề cọc bị nghiêng trong quá trình thi công
ở vùng đất yếu Trong đề tài “ Đánh giá nguyên nhân và xử lý cọc
dự ứng lực bị nghiêng, nứt gãy trong quá trình thi công ở vùng đất
yếu ” đã sử dụng các phần mềm như Etabs, Safe, để tính toán và
Plaxis 3D để mô phỏng các trường hợp gây ra cọc nghiêng, nứt gãy Đồng thời căn cứ vào các kết quả thí nghiệm thực tế tại công trình để nghiên cứu
Kết luận nguyên nhân gây ra nghiêng cọc, cách xác định cọc nghiêng
Đưa ra giải pháp xử lý cọc khi bị nghiêng, nứt và xử lý gia
cố đài móng khi có cọc bị sự cố
Kết luận chung và kiến nghị các phương tránh cọc nghiêng trong quá trình thi công
Trang 7
MỞ ĐẦU:
1 Lý do chọn đề tài:
Hiện nay ở nước ta cọc ống dự ứng lực được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, trong khu vực có lớp đất yếu dầy như khu vực đồng bằng sông Cửu Long và TP HCM Với những công trình xây dựng trong khu vực này hầu hết bị nghiêng trong quá trình đào hầm thi công móng Việc nghiêng cọc gây ra hậu quả
là chậm trể trong quá trình thi công, tiến độ thi công kéo dài do tốn thời gian cho việc xử lý cọc như: Dừng thi công để phân tích đánh giá kiểm định nguyên nhân và đề ra phương án xử lý Đồng thời phương án xử lý gặp nhiều khó khăn trong tính toán Việc cọc nghiêng làm ảnh hưởng đến tiến độ, tốn kinh phí để xử lý, gây tổn thất về kinh tế và ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của công trình
Để khắc phục những lý do đã nêu, đề tài “Đánh giá nguyên
nhân và xử lý cọc dự ứng lực bị nghiêng, nứt gãy trong quá trình thi công ở vùng đất yếu ” được hình thành
2 Mục đích nghiên cứu:
- Nghiên cứu, đánh giá nguyên nhân gây ra cọc dự ứng lực bị nghiêng, vị trí cọc bị nghiêng trong công trình, vết nứt trên cọc
- Đưa ra những phương án xử lý cọc và đài móng có cọc bị sự
cố nhằm làm triệt tiêu lực ngang tác dụng lên cọc vì lúc này cọc nghiêng có chịu tải ngang… để làm sao cho móng chịu tải đúng thiết kế ban đầu, hoặc đề xuất các giải pháp xử lý khác
- Đề xuất giải pháp thiết kế trong xử lý cọc nghiêng trong vùng đất có tính chất tương tự
3 Đối tượng và phạm vi nhiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cọc ống dự ứng lực bị nghiêng, nứt gãy sau khi ép trong quá trình thi công ở vùng đất yếu
Trang 8Trong đề tài này tác giả thu thập dữ liệu là ở các công trình đã
và đang thi công ở quận 9, Bình Chánh, TP.HCM
Địa điểm nghiên cứu: Các công trình đang xây dựng trên các vùng đất yếu có khả năng lún lệch nhiều ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long
4 Nội dung nghiên cứu:
- Tổng quan về các nguyên nhân gây ra cọc nghiêng, nứt gãy và
vị trí Mô phỏng sự di chuyển của robot ảnh hưởng đến cọc và mô phỏng chiều sâu hố đào đất thi công móng ảnh hưởng đến cọc
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán cọc và thiêt kế tính các giải pháp xử lý cọc và đài móng Đưa ra kết luận và kiến nghị
5 Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp lý thuyết: Tổng hợp cơ sở lý thuyết về tính toán cọc để tính toán cọc, nhóm cọc chịu tải trọng thẳng đứng dọc trục;
lý thuyết tính toán cọc xiên chịu tải trọng ngang nhằm sử dụng lại các cọc nghiêng, lý thuyết móng bè cọc
Căn cứ các phương pháp đo như Inclinometer kiểm tra độ nghiêng của lòng cọc, phương pháp soi camera kiểm tra khuyết tật bên trong lòng cọc, phương pháp gõ PIT( kiểm tra cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ), phương pháp PDA ( kiểm tra sức chịu tải của cọc)
Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis – 3D để mô phỏng sự di chuyển của robot và quá trình đào đất thi công móng ảnh hưởng đến cọc
Phương pháp dự báo phù hợp: Dự báo ảnh hưởng sự di chuyển của robot lên cọc trong quá trình ép ở các vị trí đất yếu
6 Đóng góp mới của luận văn:
Về mặt lý thyết: Với giải pháp xử lý được nêu trong đề tài giải quyết vấn đề cọc nghiêng tại các khu vực nghiên cứu công
Trang 9trình và có thể áp dụng cho các địa bàn khác có điều kiện địa chất
và tính chất tương đồng
Về mặt thực tiễn: Tổ chức mặt bằng thi công trong quá trình ép cọc để hạn chế việc cọc bị nghiêng trong quá trình thi công Bằng giải pháp này rút ngắn được thời gian thi công, đẩy nhanh tiến độ,
có tính khả thi cao mang lại hiệu quả về mặt kinh tế, đảm bảo được chất lượng của công trình
7 Cấu trúc của luận văn
Ngoài các nội dung có liên quan như: mục lục, danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục kết quả thí nghiệm…, luận văn có 91 trang bao gồm thuyết minh, hình ảnh và bảng biểu, được bố cục trong 4 chương (trong đó hình ảnh chiếm khoảng 30 trang ) không tính phần tài liệu tham khảo, phụ lục các kết quả thí nghiệm
CHƯƠNG I:
Tổng quan về cọc dự ứng lực 1.1 Giới thiệu về móng cọc và cọc
Giới thiệu về lịch sử của móng cọc và cọc ống bê tông cốt thép ứng suất trước
1.2 Phương pháp tính toán cọc trong công trình
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
Sức chịu tải theo vật liệu cọc bê tông ứng suất trước
Sức kháng nén dọc trục tính toán theo vật liệu của cọc được tính theo công thức sau:
Trang 101.3 Lý thuyết tính toán cọc xiên
Khi cọc bị nghiêng thì cọc chịu tác dụng của lực xô ngang Giá trị mô đun phản lực ngang của nền Ks được xác định theo công thức: Ks = K.𝛾𝑧
Trong đó:
K: Hệ số tỷ lệ theo TCVN 10304:2014 [3]
z: Độ sâu của vị trí tiết diện cọc, kể từ đáy đài
c : Hệ số điều kiện làm việc
*Tính toán trường hợp đài có cọc xiên (nghiêng)
Trường hợp móng có cọc xiên thì tải trọng nén lớn nhất và tải trọng kéo lớn nhất đợc xác định theo công thức:
𝑃𝑜′ 𝑚𝑎𝑥/𝑚𝑖𝑛 = 𝐶𝑜𝑠 ( 𝛽 ± 𝛼) 𝑃𝑜
𝑚𝑎𝑥/𝑚𝑖𝑛
𝐶𝑜𝑠 𝛽Trong đó:
α : Góc giữa trục đứng và trục cọc
β : Góc giữa trục đứng và tải trọng tác dụng lên cọc
Khi cọc chịu tải trọng ngang xét ảnh hưởng tương tác của toàn
bộ nhóm cọc ( không xét tới ảnh hưởng riêng lẻ từng cọc)
Để xác định phản lực ở đầu các cọc, được nối với nhau bằng đài chung, cần thực hiện các phép tính đặc thù, trong đó các cọc được
mô hình hóa như dầm tương tác với nền đàn hồi, còn các đầu cọc được nối với nhau bằng các phần tử mô hình hóa kết cấu móng Phương pháp tính đài móng có cọc xiên là sử dụng phần mềm SAFE để tính toán
1.4 Cơ sở tính toán móng bè cọc
Đặc điểm nổi bậc của móng bè –cọc là sự ảnh hưởng tương hổ giữa đất và kết cấu móng trong quá trình chịu tải
Trang 11Sự tương tác giữa cọc và đất; Sự tương tác giữa cọc và cọc;
Sự tương tác giữa đất và móng bè; Sự tương tác giữa cọc và móng bè; Quan điểm tính toán là hệ kết cấu móng đài – cọc đồng thời làm việc với đất nền theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sự tương tác giữa các yếu tố đất - bè - cọc
Mô hình tính toán là sử dụng phần mềm SAFE để tính toán cọc làm việc đồng thời với nền
1.5 Cơ sở tính toán gia cố cọc
1.5.1 Mô hình thí nghiệm tụt cọc
Để có cơ sở chứng minh cần tính toán gia cố cọc ta dựa vào các kết quả thí nghiệm tụt cọc bằng thực nghiệm về sức chịu tải của bê tông lòng cọc ống dự ứng lực
Mô tả thí nghiệm như sau:
Chuẩn bị các đoạn cọc bê tông dự ứng lực đường kính D500 với các trường hợp: Đoạn cọc nguyên vẹn, đoạn cọc bị nứt và đoạn cọc
có bản mã đầu cọc, các đoạn cọc được đổ bê tông lòng cọc một đoạn 450mm, khoảng hở dưới đáy là 50mm Khi bê tông đạt cường
độ tiến hành thí nghiệm sức chịu tải của bê tông lòng cọc Bằng cách gia tải lực đến khi phá hoại và đo chuyển vị
Nhận xét: Qua thí nghiệm cho thấy khi đoạn cọc bê tông dự
ứng lực bị nứt thì khả năng chịu lực của cọc giảm và bê tông lòng cọc cũng giảm so với đoạn cọc nguyên vẹn Do đó khi cọc ống bị nứt cần phải tính toán xử lý gia cố để cọc đảm bảo khả năng chịu lực như thiết kế ban đầu
Trang 121.5.2 Tính toán moment kháng uốn và khả năng chịu lực theo vật liệu của cọc bù dự kiến thay thế
Để xác định momen kháng uốn của đoạn cọc bê tông cốt thép chèn lòng cọc, tiến hành xây dựng biểu đồ tương tác cho cấu kiện tiết diện tròn
Qua tính toán giá trị moment uốn tối đa mà đoạn bê tông cốt thép thay thế có thể chịu là 229.44 kNm
* Kiểm tra chuyển vị cho phép của cọc thay thế
Bằng cách gán chuyển vị cưỡng bức đầu cọc đến khi cọc đạt được giá trị moment cho phép của nhà sản xuất sẽ xác định được chuyển vị cho phép đầu cọc
Thông số cọc thay thế: Theo tính toán giá trị moment uốn tối đa
mà đoạn bê tông cốt thép thay thế có thể chịu là 229.44 kNm Xác định chuyển vị cho phép đầu cọc:
Mô hình tính toán cọc đại trà D600 bằng phần mềm Etabs nhằm mục đích tính toán ra giá trị moment xuất hiện trong cọc khi bị chuyển vị cưỡng bức
Chuyển vị cho phép đầu cọc tính toán
Từ kết quả gán chuyển vị cưỡng bức đầu cọc, nhận thấy đếu cọc
có thể chuyển vị đến 20cm mà vẫn chịu được lực tác dụng
Như vậy, cọc vẫn đảm bảo khả năng chịu lực khi đầu cọc chuyển vị 20cm
1.6 Căn cứ để gia cố xử lý cọc:
Để nhận biết khi nào cọc bị nghiêng, nứt và cần phải gia cố xử
lý hay không ta dựa vào kết quả hoàn công cọc như kết quả đo tọa
độ, độ nghiêng cọc sau khi ép so với tọa độ cọc thiết kế ban đầu Nhận thấy khi cọc nghiêng quá giới hạn hầu hết đều bị nứt, gãy Cần đưưa ra các trường hợp cần giải quyết cho cọc nghiêng
Trang 131.7 Kết luận:
Theo lý thuyết và thí nghiệm nêu trên khi cọc bị nghiêng, bị nứt
sẽ giảm khả năng chịu lực so với thiết kế ban đầu Khi cọc bị nghiêng, lệch quá giới hạn cho phép sau khi kiểm tra chất lượng cọc hầu hết đều bị nứt Do đó cần phải thiết kế xử lý tính toán gia
cố xử lý lại các cọc bị nghiêng, nứt gãy vì lúc cọc không đảm bảo khả năng chịu lực như thiết kế ban đầu, đồng thời phát sinh lực xô ngang tác dụng vào cọc
CHƯƠNG 2:
Đánh giá nguyên nhân gây ra cọc nghiêng
và biện pháp xử lý lập lại biện pháp thi công
Khảo sát tại một công trình thi công thực tế dùng cọc ống
dự ứng lực Công trình có 04 tháp (8 block) nhà cao tầng gồm 23 tầng nổi và mái, 01 tầng hầm Ở các tháp đều có số lượng cọc bị nghiêng ít nhất là 1% và cao nhất là 6.1%
2.1 Đánh giá nguyên nhân gây ra cọc nghiêng
Nguyên nhân chủ quan
* Trong quá trình thi công ép cọc:
- Do chủ quan để đường đi lại của robot gần các cọc đã ép xong, với trọng lượng bản thân của robot lớn tác dụng lên nền đất bên dưới làm đất chuyển vị tạo ra áp lực ngang lên các cọc làm cho cọc bị nghiêng cục bộ hoặc theo nhóm;
- Khi thi công vạch sơ đồ ép cọc để robot di chuyển quá nhiều tại một vị trí hoặc khu vực gây ra nghiêng cọc; Trong quá trình ép cọc cũng gây nghiêng cọc như tải trọng ép quá lớn khi robot nâng lên và hạ xuống trên nền đất tạo ra lực đẩy ngang lên các cọc đã ép trước;
Trang 14- Khi ép xong công trình để ro bot rút khỏi công trình di chuyển trên cùng một vị trí và các trục có cọc
* Trong quá trình đào đất thi công móng do biện pháp đào đất sai như đào đất quá sâu và đắp một bên mà không có giải pháp chống đỡ, hoặc gặp trời mưa lớn đất trượt ngang làm cho cọc bị nghiêng hàng loạt (nghiêng nhóm cọc);
Nguyên nhân khách quan: Nguyên nhân khách quan dẫn đến cọc bị nghiêng là do không dự đoán trước việc robot di chuyển trên nền đất yếu dẫn đến robot bị lún, bị nghiêng trong quá trình ép sẽ làm nền đất chuyển vị lớn tác động đến các cọc đã ép xong Hoặc chưa có giải pháp để hạn chế ảnh hưởng của robot tác động đất nền Thiếu tôn nền để đảm bảo chiều sâu cắt cọc khi ép
2.2 Vị trí cọc nghiêng, nứt gãy
- Cọc càng gần đường di chuyển của robot khi ép đạt độ chối thì dể bị nghiêng hơn các cọc ở xa hoặc robot di chuyển càng nhiều tại một vị trí thì sẽ gây ra nghiêng cọc tại vị trí đó; Cọc nằm trên đường giao thông di chuyển rút ro bot ra khỏi công trình; Các cọc càng gần nhau và đạt độ chối tương tự mà nền đất trên đỉnh cọc càng yếu thì càng dể bị nghiêng dây chuyền các cọc ép trước (nghiêng nhóm cọc)
2.3.Vị trí nứt gãy thường gặp trên cọc
Qua khảo sát tại công trình với khoảng hơn 60 cọc bị nghiêng Vị trí nứt cọc thường gặp là phía đầu cọc cách chỗ giao nhau giữa lớp đất yếu bên trên và lớp đất tốt bên dưới Điểm gãy cách điểm giao nhau từ 1 đến 2m nằm về phía lớp đất tốt Lớp đất bên trên càng yếu như bùn rác, sét chảy thì khả năng cọc bị nghiêng lệch, nứt gãy càng cao Hoặc lớp đất tôn nền có chiều dày thấp